若爾蓋510－1鈾礦床方解石、石英微量元素地球化學(xué)特征

何忠庠，陳友良，常 丹，胡旭剛，魏 佳

(成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，成都610059)

微量元素在巖石和礦物中的含量甚微，其地球化學(xué)性質(zhì)獨(dú)特，在地質(zhì)地球化學(xué)過程中它們的濃度可發(fā)生明顯的變化，因而可作為地質(zhì)地球化學(xué)過程的“指示劑”、“示蹤劑”或“探途元素”［1，2］。近年來，金屬礦床中熱液脈石礦物的微量元素地球化學(xué)在示蹤成礦流體來源與演化等方面，得到了廣泛的應(yīng)用［3，4］。

方解石、石英是510－1鈾礦床中與鈾成礦密切相關(guān)的主要脈石礦物，本文通過該鈾礦床中與瀝青鈾礦密切共生的方解石、石英的微量元素(包括稀土元素)地球化學(xué)特征進(jìn)行研究，以期為該礦床成礦流體的來源及演化提供重要信息。

1 成礦地質(zhì)背景

若爾蓋鈾礦田位于秦嶺褶皺系西段，西秦嶺褶皺帶之南亞帶，分布于主要由古生界地層所構(gòu)成的白龍江復(fù)背斜西段，是中國著名的碳硅泥巖型鈾礦床產(chǎn)區(qū)之一。該鈾礦田主要位于四川省阿壩自治州西北部的若爾蓋縣與甘肅省迭部縣和碌曲縣交界地帶，礦田呈近東西向展布，東西長約50km，南北寬約6km，面積約300km2，海拔高為2 900～4 060 m?，F(xiàn)已探明鈾礦床10余個，礦(化)點(diǎn)20余處，是中國極具發(fā)展前景的鈾礦資源基地之一，其中510－1鈾礦床位于該鈾礦田西部(圖1)，是該區(qū)品位較富、規(guī)模較大、具有代表性意義的典型礦床之一，該礦床的研究對整個若爾蓋地區(qū)的找礦具有指導(dǎo)性的意義。

510－1鈾礦床的含礦巖系為下志留統(tǒng)羊腸溝組上段(S1y2)，為一套陸棚相沉積的板巖、灰?guī)r和硅質(zhì)巖組成的“碳硅泥巖”建造［5］，鈾礦體賦存于由灰?guī)r、砂(板)巖及硅質(zhì)巖等組成的透鏡體內(nèi)。透鏡體一般長200m左右，出露最大厚度約75m。含礦巖層總體上呈單斜狀產(chǎn)出，傾向NE，傾角約75°。在礦床的礦脈中金屬礦物以瀝青鈾礦和膠狀、微粒狀、似塊狀、脈狀黃鐵礦為主，含少量鎳、鋅、鉬、釩、銅等的硫化物。脈石礦物主要為方解石，其次是石英。此外還見極少量的重晶石、白云母。礦石礦物組合中常構(gòu)成瀝青鈾礦—黃鐵礦—方解石—石英組合，反映方解石和石英是與鈾成礦作用密切相關(guān)的熱液礦物。

圖1 若爾蓋鈾礦田礦床地質(zhì)簡圖

2 樣品采集與分析方法

本次實(shí)驗(yàn)的樣品均采集于510－1鈾礦床已經(jīng)開采的各中段平巷中，依據(jù)野外觀察采集了與鈾成礦關(guān)系密切的6件成礦期方解石樣品和3件成礦期石英樣品。對采集的樣品進(jìn)行碎樣，并在顯微鏡下挑選出純凈的單礦物，再將挑選出的單礦物在瑪瑙研缽中磨至200目粉末。樣品的測試工作由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心完成，微量元素分析采用DZ/T00223—2001電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP－MS)方法分析，儀器型號為Finnigan公司生產(chǎn)的HR－ICP－MS ElementⅠ，相對誤差≤10%。

3 微量元素組成特征

表1列出了6件成礦期方解石和3件成礦期石英樣品的微量元素含量。從表1可以看出，方解石中含量較高(平均值＞4×10－6)的微量元素有:V(239.5×10－6)、Cr(7.26×10－6)、Ni(51.97×10－6)、Zn(812.05×10－6)、Sr(353.67×10－6)、Y(17.29×10－6)、Zr(4.15×10－6)、Cd(9.87×10－6)、Ba(18.73×10－6)、U(65.17×10－6)。石英中含量較高的微量元素有:V(4.35×10－6)、Ni(56.63×10－6)、Cu(22.07×10－6)、Zn(109.47×10－6)、Sr(4.16×10－6)、Ba(8.99×10－6)、U(36.07×10－6)?？傮w上石英與方解石中含量較高的微量元素種類基本一致，其中明顯高于方解石的微量元素有Cu，明顯低于方解石的微量元素有V、Sr、Cr、Y。這些元素含量的差異主要是由于形成方解石的流體與形成石英的流體中Ca與Si具有不同的地球化學(xué)性質(zhì)所決定的。從成礦元素及主要伴生元素等的含量來看，石英、方解石中均具有很高的U、Ni、Zn含量，方解石中還具有很高的V含量，石英中還具有較高的Cu含量，這與510－1鈾礦床礦石中富集的元素種類一致［6－7］，進(jìn)一步反映石英、方解石與成礦關(guān)系密切。

表1 成礦期方解石、石英微量元素含量(×10－6)

圖2、3分別為510－1鈾礦床成礦期方解石、石英的微量元素相對于原始地幔(據(jù)因特網(wǎng)上國際地球化學(xué)參考模型數(shù)據(jù)，1998)的標(biāo)準(zhǔn)化組成圖，從圖中可以看出，除Sr、Sb外，方解石、石英具有較為相似的微量元素組成特征，且配分形態(tài)基本一致，暗示形成二者的地質(zhì)流體可能具有相同的來源。其Sr含量的差異主要是由于在流體運(yùn)移過程中Sr容易與Ca產(chǎn)生類質(zhì)同象置換，從而導(dǎo)致方解石中的Sr含量大大增加;而石英中的Sb含量較高主要是由于該流體中含有較多的S，在礦床中往往形成石英硫化物脈。

圖2 成礦期方解石微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化組成圖

圖3 成礦期石英微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化組成圖

4 稀土元素組成特征

表2列出了6件成礦期方解石和3件成礦期石英樣品的稀土元素含量。從表2可以看出，成礦期方解石和石英的稀土元素含量都較低，但有較寬的變化范圍。方解石的稀土元素含量總體上高于石英的稀土元素含量，其∑REE為2.21×10－6～36.72×10－6，平均為14.23×10－6，∑LREE/∑HREE為0.72～1.68，平均為1.25，(La/Yb)N為0.43～1.18，平均為0.79，表明輕、重稀土間無明顯分異。(La/Sm)N比值介于0.50～1.20之間，(Gd/Yb)N比值介于0.77～1.24之間，說明輕稀土和重稀土內(nèi)部之間的分異也無明顯。由圖4可知，方解石的稀土配分模式總體上為相對平坦型(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)值采用文獻(xiàn)［8］推薦數(shù)據(jù))，暗示其與球粒隕石(相當(dāng)于地幔成分)的稀土元素配分模式相似。其δEu值變化范圍為0.77～0.85，平均為0.80，呈現(xiàn)出弱的負(fù)Eu異常，而δCe值變化范圍為0.85～0.98，平均為0.91，為很弱的負(fù)Ce異常。成礦期石英的∑REE為0.28×10－6～0.78×10－6，平均為0.53×10－6，∑LREE/∑HREE為1.67～2.88，平均為2.32，(La/Yb)N為0.97～3.71，平均為2.30，表明輕、重稀土間無明顯分異。(La/Sm)N比值介于0.80～3.18之間，(Gd/Yb)N比值介于0.14～0.48之間，暗示輕稀土內(nèi)部分異不顯著，但重稀土內(nèi)部存在一定程度的分異。在稀土配分模式上石英的變化范圍比方解石的變化范圍大，但總體上在水平線上下波動，配分曲線近于平坦型，與方解石稀土配分模式基本一致(圖5)。其δEu值變化范圍為0.81～0.83，平均為0.82，呈現(xiàn)弱的負(fù)Eu異常特征，而δCe值變化范圍為0.90～1.63，平均為1.28，以弱的正Ce異常為主。

表2 成礦期方解石脈、石英脈稀土元素含量(×10－6)

續(xù)表2

圖4 成礦期方解石脈稀土配分模式圖

圖5 成礦期石英脈稀土配分模式圖

5 相關(guān)性討論

表3列出了成礦期方解石中與U具有正相關(guān)的微量元素，從表3可以看出，方解石中U與Sc、Y、Mo、Sb、Hf、Re呈明顯正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)都在0.705以上，其中與Hf、Sb、Re三種元素呈顯著的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到了0.855、0.884和0.924。由于Hf屬于巖漿作用中的高場強(qiáng)元素，U與它顯著正相關(guān)性說明形成方解石的流體可能來源于深部。

表3 成礦期方解石微量元素相關(guān)系數(shù)表

表4列出了石英中與U具有正相關(guān)的微量元素，從表4可以看出，石英中U與V、Co、Ni、Cu、Zn、Ba呈明顯正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)都在0.611以上，特別是與V、Co的相關(guān)系數(shù)最高，達(dá)到了0.999以上，反映U與V、Co具有高度的同源性。與Ni的相關(guān)性也達(dá)到了0.611，而Co、Ni是典型的地幔元素，U與這些元素密切相關(guān)的事實(shí)反映了形成石英的成礦流體應(yīng)當(dāng)來源于深部。

表4 成礦期石英微量元素相關(guān)系數(shù)表

由表3與表4對比可知，方解石和石英中與U相關(guān)性較好的微量元素種類差異很大，這可能是形成方解石和石英的同源流體在后期演化過程中其所萃取的元素種類不同所致。

6 結(jié)語

通過對若爾蓋510－1鈾礦床與鈾成礦密切相關(guān)的熱液礦物—方解石、石英的微量元素和稀土元素地球化學(xué)特征進(jìn)行研究，得出如下結(jié)論:

(1)成礦期方解石和石英中含量較高的微量元素種類基本一致，兩者均相對富含V、Ni、Zn、Sr、Ba、U等元素，這與510－1鈾礦床礦石中富集的元素種類基本一致，反映石英、方解石與成礦作用關(guān)系密切。方解石和石英的微量元素相對于原始地幔的配分曲線形態(tài)基本一致，說明形成方解石和石英的成礦流體來源相同;

(2)成礦期方解石的稀土元素含量總體上高于石英的稀土元素含量，但兩者均表現(xiàn)為輕重稀土分餾無明顯，其中方解石中的輕稀土與重稀土內(nèi)部之間也無明顯分異，而石英中重稀土內(nèi)部存在一定程度的分異?？傮w上兩者的稀土配分模式都呈相對平坦型，尤其是方解石的稀土配分模式與球粒隕石十分相似，可能暗示形成方解石的成礦流體具有一定的幔源特征;

(3)方解石中U與Sc、Y、Mo、Sb、Hf、Re呈明顯的正相關(guān)性，石英中U與V、Co、Ni、Cu、Zn、Ba呈明顯的正相關(guān)性，U與這些元素中的Co、Ni、Hf等深源元素相關(guān)的事實(shí)反映了形成礦床的成礦流體應(yīng)當(dāng)來源于深部。方解石、石英中與U相關(guān)性較好的微量元素種類差異很大，這可能是形成方解石和石英的同源流體在后期演化過程中其所萃取的元素種類不同所致。

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